JP2632726B2 - Fuel assembly for boiling water reactor - Google Patents

Fuel assembly for boiling water reactor

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JP2632726B2 JP1078550A JP7855089A JP2632726B2 JP 2632726 B2 JP2632726 B2 JP 2632726B2 JP 1078550 A JP1078550 A JP 1078550A JP 7855089 A JP7855089 A JP 7855089A JP 2632726 B2 JP2632726 B2 JP 2632726B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、沸騰水型原子炉(BWR)の燃料集合体に係
り、更に詳細には、二酸化ウラン燃料棒とプルトニウム
富化燃料棒とを混在した燃料集合体におけるプルトニウ
ムの有効利用に関するものである。
The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor (BWR), and more particularly, to a fuel assembly for a uranium dioxide fuel rod and a plutonium-rich fuel rod. It relates to the effective use of plutonium in mixed fuel assemblies.

[従来の技術] 第4図には、従来よりBWRで実用に供されている8×
8型燃料集合体が炉心に装荷された状態の横断面図で示
されている。
[Prior Art] FIG. 4 shows a conventional 8 × BWR.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the fuel assembly 8 is loaded on the core.

図において、全体を符号80で示される8×8型燃料集
合体は、計62本の燃料棒81と、内部に燃料物質を含まず
中空で冷却水を流通する2本のウォータロッド(中空管
状要素)wrとを8行8列の正方格子状に配列し、その外
周をジルカロイ製のチャネルボックス10で囲んで構成さ
れている。ここで、燃料棒81に装填される核燃料につい
ては後述する。
In the figure, an 8 × 8 type fuel assembly generally denoted by reference numeral 80 has a total of 62 fuel rods 81 and two water rods (hollow tubular members) which are hollow and do not contain a fuel substance and flow cooling water. Elements) wr are arranged in a square grid of 8 rows and 8 columns, and the outer periphery thereof is surrounded by a channel box 10 made of Zircaloy. Here, the nuclear fuel loaded into the fuel rod 81 will be described later.

このように構成された8×8型燃料集合体80は、図示
の如く十字形制御棒1の中性子吸収材が装填された制御
板(制御ブレード)1aに二辺を隣接させて装荷される。
The 8 × 8 type fuel assembly 80 configured as described above is loaded with two sides adjacent to a control plate (control blade) 1a in which a neutron absorbing material is loaded as shown in the figure.

そして原子炉の出力運転中は、減速材を兼ねる冷却水
が燃料下部から上部に向って流れ、燃料棒81の発生熱を
除去する。その際、チャネルボックス10の外側のバイパ
ス領域(制御棒1や計装管i等が配置される水ギャップ
部)Bではボイドが発生しないが、チャネルボックス10
の内側の冷却水流路(インチャンネル領域)Iではボイ
ドが発生する。
During the power operation of the nuclear reactor, the cooling water also serving as a moderator flows from the lower part of the fuel to the upper part thereof, and removes the heat generated from the fuel rod 81. At this time, no void is generated in the bypass region (water gap portion where the control rod 1 and the instrumentation pipe i are arranged) B outside the channel box 10, but the channel box 10
Voids are generated in the cooling water flow path (in-channel region) I inside the inside.

従って、第4図に示すような横断面内の冷却水(減速
材)の密度分布は一様ではなく、バイパス領域Bでは密
度が高く、インチャンネル領域Iでは密度が低くなって
いる。このため、燃料集合体80の横断面内の熱中性子束
分布も一様ではない。即ち、減速材密度の高いバイパス
領域Bに面する集合体周辺部では熱中性子束が高く、逆
に減速材密度の低い集合体中心部では熱中性子束が低
く、中性子の平均エネルギーが高くなっている。
Accordingly, the density distribution of the cooling water (moderator) in the cross section as shown in FIG. 4 is not uniform, and the density is high in the bypass region B and low in the in-channel region I. Therefore, the thermal neutron flux distribution in the cross section of the fuel assembly 80 is not uniform. That is, the thermal neutron flux is high in the periphery of the aggregate facing the bypass region B having a high moderator density, and the thermal neutron flux is low and the average energy of neutrons is high in the central portion of the aggregate having a low moderator density. I have.

次に、上記のような8×8型燃料80にプルトニウム富
化燃料を装荷した従来例について説明する。尚、以下の
説明では、プルトニウム富化燃料の一例として、ウラン
・プルトニウム混合酸化物(MOX)燃料を用いることと
する。
Next, a conventional example in which a plutonium-enriched fuel is loaded on the 8 × 8 type fuel 80 as described above will be described. In the following description, a uranium-plutonium mixed oxide (MOX) fuel is used as an example of the plutonium-enriched fuel.

上記第4図における8×8型燃料80には、例えば特開
昭60−242391号公報に開示されたアトール型燃料集合体
の燃料捧配置構成も併せて示されている。
The 8 × 8 type fuel 80 in FIG. 4 also shows a fuel-only arrangement of an Atoll type fuel assembly disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-242391.

第4図中の燃料棒81において、円内に記号Pを記入し
たものは、核燃料としてMOX燃料が装填された燃料棒
(以下、“MOX核燃料”と称す)を示し、同様に記号U
を記入したものは、核燃料として主に低濃縮ウランを使
用した二酸化ウラン(UO2)燃料が装填された燃料棒
(以下、“UO2燃料棒”と称す)を示す。
In the fuel rods 81 in FIG. 4, a symbol P in a circle indicates a fuel rod loaded with MOX fuel as a nuclear fuel (hereinafter, referred to as “MOX nuclear fuel”), and similarly, a symbol U
Indicates fuel rods loaded with uranium dioxide (UO 2 ) fuel that mainly uses low-enriched uranium as nuclear fuel (hereinafter referred to as “UO 2 fuel rods”).

このアトール型燃料集合体80の例では、集合体の比較
的周辺部に計32本のMOX燃料棒が配置され、その他の領
域(集合体の比較的中央部)には計30本のUO2燃料棒が
配置されている。従って、集合体一体当りの全燃料棒に
占めるMOX燃料棒の割合は、 (32/62)×100%=52% であり、約半数を占めることになる。
In the example of the Atoll type fuel assembly 80, a total of 32 MOX fuel rods are arranged at a relatively peripheral portion of the assembly, and a total of 30 UO 2 fuel rods are arranged in other regions (relatively central portion of the assembly). Fuel rods are located. Therefore, the ratio of MOX fuel rods to the total fuel rods per assembly is (32/62) × 100% = 52%, which accounts for about half.

また、この他の従来例としては、MOX燃料棒を集合体
中央の一部の領域のみに配置し、それを囲むようにUO2
燃料棒を配置したアイランド型燃料集合体や、全ての燃
料棒をMOX燃料棒とするディスクリート型燃料集合体な
どが知られている。
As another conventional example, MOX fuel rods are arranged only in a part of the center of the assembly, and UO 2
There are known island-type fuel assemblies in which fuel rods are arranged, and discrete-type fuel assemblies in which all fuel rods are MOX fuel rods.

[発明が解決しようとする課題] 上記従来例のうち、アイランド型燃料においては、MO
X燃料棒の配置位置が制御棒から遠くなるため、後述の
制御棒の反応度制御効果(制御棒価値)の低下を防止で
きる。しかしながら、そのMOX燃料棒の配置位置は集合
体中央の一部の領域のみであるから、結果として集合体
一体当りのプルトニウムの装荷量が少くなる。従って、
熱中性子炉でプルトニウムを積極的に利用していこうと
する近年のプル・サーマル利用の要求には必ずしもそぐ
わない。
[Problems to be Solved by the Invention] Among the above conventional examples, in the case of island-type fuel, MO
Since the arrangement position of the X fuel rod is far from the control rod, it is possible to prevent a reduction in the reactivity control effect (control rod value) of the control rod described below. However, since the MOX fuel rods are arranged only in a part of the center of the assembly, the loading amount of plutonium per assembly is reduced. Therefore,
It does not always meet the recent demand for the use of pull thermals, which intends to actively use plutonium in thermal neutron reactors.

一方、ディスクリート型燃料やアトール型燃料80にお
いては、多くのプルトニウムを装荷できるものの、制御
棒の近傍にMOX燃料棒が位置するための制御棒価値が低
下してしまう。これは、プルトニウムはウランに比べて
熱中性子吸収断面積が大きく、熱中性子束が小さくなる
からである。
On the other hand, in the case of the discrete type fuel and the atoll type fuel 80, although a large amount of plutonium can be loaded, the value of the control rod is reduced because the MOX fuel rod is located near the control rod. This is because plutonium has a larger thermal neutron absorption cross section and a smaller thermal neutron flux than uranium.

更に、アイランド型燃料やディスクリート型燃料では
集合体中央部にMOX燃料棒を配置しているが、上記従来
技術で述べた通り、減速材密度の低い集合中央部の中性
子の平均エネルギーは高く、中性子経済性が悪化するた
め、このような配置はプルトニウムの有効利用には好ま
しくない。
Further, in the case of the island type fuel and the discrete type fuel, the MOX fuel rods are arranged in the central part of the assembly. However, as described in the related art, the average energy of neutrons in the central part of the aggregate having a low moderator density is high, and Such an arrangement is not preferred for effective use of plutonium because of the poor economics.

本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、中性子経済性
を悪化させることなく、プルトニウムを有効に利用でき
るBWR用燃料集合体を提供することである。また、このB
WR用燃料集合体において、制御棒価値の低下を防ぐこと
も本発明の課題の一部である。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a BWR fuel assembly that can effectively use plutonium without deteriorating neutron economics. It is. Also this B
It is also a part of the subject of the present invention to prevent a reduction in control rod value in a WR fuel assembly.

[課題を解決するための手段] 本発明に係るBWR用燃料集合体は、減速材で満たされ
る中空管状要素と、未燃焼状態の核燃料としてプルトニ
ウム富化燃料が装填された複数の第1の燃料棒と、未燃
焼状態の核燃料として二酸化ウラン燃料が装填された複
数の第2の燃料棒とを9行9列の正方格子状に配列して
外周をチャンネルボックスで囲んだものにおいて、前記
中空管状要素として、前記配列中央部の燃料複数本分に
相当する一本または複数本の大口径ウォータロッド、或
いは大口径ウォータチャンネル等の大口径中空管状要素
を用い、前記配列内の前記チャンネルボックスに隣接す
る周辺部及び前記大口径中空管状要素に隣接する内周部
には前記第1の燃料棒を配置し、他の部位には前記第2
の燃料棒を配置したことにより上記課題を達成したもの
である。
Means for Solving the Problems A fuel assembly for a BWR according to the present invention comprises a hollow tubular element filled with a moderator, and a plurality of first fuels loaded with a plutonium-enriched fuel as an unburned nuclear fuel. A rod and a plurality of second fuel rods loaded with uranium dioxide fuel as unburned nuclear fuel arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns, the outer periphery of which is surrounded by a channel box; As an element, one or more large-diameter water rods corresponding to a plurality of fuels in the center of the array, or a large-diameter hollow tubular element such as a large-diameter water channel, and adjacent to the channel box in the array The first fuel rod is disposed at a peripheral portion to be formed and an inner peripheral portion adjacent to the large-diameter hollow tubular element, and the second fuel rod is disposed at another portion.
The above object has been achieved by disposing the fuel rods.

この場合、前記周辺部に配置された第1の燃料棒のう
ち、前記周辺部のうちの前記チャンネルボックスの外部
に挿入される十字形制御棒の制御板に対面する行または
列に配置された第1の燃料棒の一部または全部を、前記
第2の燃料棒に置換えた構成を採っても良い。
In this case, among the first fuel rods arranged in the peripheral portion, the first fuel rods are arranged in rows or columns facing the control plate of the cross-shaped control rod inserted outside the channel box in the peripheral portion. A configuration in which part or all of the first fuel rod is replaced with the second fuel rod may be adopted.

また、前記第1の燃料棒に装填されたプルトニウム富
化燃料は、代表的にはウラン・プルトニウム混合酸化物
燃料である。
The plutonium-enriched fuel loaded on the first fuel rod is typically a uranium-plutonium mixed oxide fuel.

尚、「未燃焼状態の核燃料」とは、第1と第2の燃料
棒の製造時に装填された核燃料を意味し、これらの燃料
棒の燃焼に伴ない生成される核分裂性物質の種類につい
ては、特に限定しないものとする。また、核燃料への可
燃性毒物等の添加についても任意である。
The term "unburned nuclear fuel" refers to the nuclear fuel loaded at the time of manufacturing the first and second fuel rods, and the type of fissile material generated by the burning of these fuel rods is not described. , Is not particularly limited. Addition of burnable poisons to nuclear fuel is also optional.

[作 用] ウランとプルトニウムの核的特性 本発明の作用の説明に先だって、UO2燃料とMOX燃料と
の核的特性について述べる。
[Operation] Nuclear characteristics of uranium and plutonium Prior to the description of the operation of the present invention, the nuclear characteristics of UO 2 fuel and MOX fuel will be described.

第5図には、UO2燃料及びMOX燃料に含まれる同位体の
特性がグラフで示されている。
FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the isotopes contained in the UO 2 fuel and the MOX fuel.

図において、各グラフ(a),(b),(c)の横軸
は中性子エネルギー、縦軸はそれぞれ核分裂断面積,吸
収断面積,単位中性子吸収あたりの中性子発生個数
(η)を採ってある。
In the figure, the horizontal axis of each graph (a), (b), (c) is the neutron energy, and the vertical axis is the fission cross section, absorption cross section, and the number of neutrons generated per unit neutron absorption (η), respectively. .

MOX燃料に含まれるプルトニウム同位体のうち、熱中
性子により核分裂を起す核分裂性物質は239Pu及び241Pu
であるが、第5図から明らかなように、239Puの核分裂
断面積及びη値は、UO2燃料に含まれる235Uのそれより
も大きい。従って、同炉心内の同燃焼度の燃焼を経験し
た(換言すれば核分裂量が同じ)燃料同志を比較する
と、最適な減速状態においては、MOX燃料は、UO2燃料よ
り大きな無限増倍率を得られるという利点がある。
Of the plutonium isotopes contained in MOX fuel, fissile materials that cause fission by thermal neutrons are 239 Pu and 241 Pu.
However, as is clear from FIG. 5, the fission cross section and η value of 239 Pu are larger than those of 235 U contained in UO 2 fuel. Therefore, to obtain the (fission amount in other words is the same) to experience burning of the burnup in the core Compare fuel comrades in optimum deceleration state, MOX fuel, a large infinite multiplication factor from UO 2 fuel There is an advantage that it can be.

一方、240Puは、熱中性子による核分裂は起さないう
えに、第5図のグラフ(b)から明らかなように、大き
な共鳴吸収のピークが発生するエネルギー領域(以下、
“共鳴吸収エネルギー領域”と称す)を有している。
On the other hand, 240 Pu does not cause fission by thermal neutrons, and, as is evident from the graph (b) of FIG.
"Resonant absorption energy region").

また、239Puも0.3eV付近に共鳴吸収エネルギー領域が
存在するため、239Puのη値は、そこで急激に低下す
る。
Also, since 239 Pu has a resonance absorption energy region near 0.3 eV, the η value of 239 Pu drops sharply there.

9×9型燃料集合体 次に、本発明を適用すべき燃料集合体の型式及びその
熱中性子束について述べる。
9 × 9 Fuel Assembly Next, the model of the fuel assembly to which the present invention is applied and its thermal neutron flux will be described.

近年は、上記従来の8×8型燃料に代る高燃焼度の燃
料(例えば平均取出燃焼度を従来の30〜32Gwd/tから45G
wd/t程度に高めたもの)として、9×9型燃料集合体の
開発が進められている。この9×9型燃料の横断面の構
成例を第6図に示す。この種の9×9型燃料では、上記
8×8型燃料80と比べて燃料棒本数が増えるため、燃料
棒一本当りの平均線出力密度を低下することができる。
また、それにより生じる余裕を非沸騰部面積の増加に用
いることができる。即ち、非沸騰水の通過する中空管状
要素の大口径化が可能である。例えば第6図に示される
9×9型燃料90では、計72本の燃料捧91に加えて、集合
体中央部3×3領域を占める角型ウォータチャンネルW
を採用している。この他、上記ウォータロッドwrを大口
径化した大口径ウォータロッドを一本または複数本備え
た構成例も提案されている。
In recent years, high burn-up fuels (for example, average take-up burn-up from 30 to 32 Gwd / t to 45 G
The development of a 9 × 9 fuel assembly has been promoted. FIG. 6 shows a configuration example of the cross section of the 9 × 9 type fuel. In this type of 9 × 9 fuel, the number of fuel rods is increased as compared with the above-mentioned 8 × 8 fuel 80, so that the average linear output density per fuel rod can be reduced.
In addition, the resulting margin can be used to increase the area of the non-boiling portion. That is, it is possible to increase the diameter of the hollow tubular element through which non-boiling water passes. For example, in a 9 × 9 type fuel 90 shown in FIG. 6, a square water channel W occupying a 3 × 3 region in the center of the assembly is provided in addition to a total of 72 fuel cells 91.
Is adopted. In addition, there has been proposed a configuration example in which one or a plurality of large-diameter water rods obtained by increasing the diameter of the water rod wr are provided.

尚、以下の発明では、単に9×9型燃料といえば、こ
の種の大口径中空管状要素を備えた形式の9×9型燃料
を意味し、また、大口径中空管状要素としては、ウォー
タチャンネルWに代表させて説明するものとする。
In the following invention, a 9 × 9 type fuel simply means a 9 × 9 type fuel having a large-diameter hollow tubular element of this type, and a large-diameter hollow tubular element is a water channel. W will be described as a representative.

さて、9×9型燃料では、ウォータチャンネルWの採
用により、集合体中央部の水密度を高めることができ、
それに伴ない熱中性子束分布も改善される。その一例と
して第6図における集合体横断面のAA′方向の熱中性子
束分布を第7図に示すが、図の如く水ギャップに面する
燃料集合体外周部と非沸騰水の通過するウォータチャン
ネルWの周囲の領域とでは熱中性子が比較的高く、両者
に挟まれる領域では熱中性子束が比較的低くなる分布と
なっている。
By the way, in the 9 × 9 type fuel, the water density at the center of the assembly can be increased by adopting the water channel W,
As a result, the thermal neutron flux distribution is also improved. As an example, FIG. 7 shows the thermal neutron flux distribution in the AA 'direction of the cross section of the assembly in FIG. 6. As shown in FIG. In a region around W, thermal neutrons are relatively high, and in a region sandwiched between them, the thermal neutron flux is relatively low.

本発明の作用 本発明に係る燃料集合体では、以上に述べたウラン及
びプルトニウムの核的特性と、9×9型燃料における熱
中性子束分布とに着目し、第1と第2の燃料棒の配置位
置を決定する。即ち、熱中性子の高い集合体外周部とウ
ォータチャンネルWの周囲との二領域にMOX燃料棒(第
1の燃料棒)を配置し、この集合体周辺部とウォータチ
ャンネルWの周囲に挟まれる熱中性子束の低い領域には
UO2燃料棒(第2の燃料棒)を配置する。
The fuel assembly according to the present invention focuses on the above-described nuclear properties of uranium and plutonium and the thermal neutron flux distribution in 9 × 9 type fuel, and considers the first and second fuel rods. Determine the placement position. That is, MOX fuel rods (first fuel rods) are arranged in two regions, that is, the outer periphery of the high thermal neutron assembly and the periphery of the water channel W. In the low neutron flux region
Place UO 2 fuel rod (second fuel rod).

この配置条件の下でMOX燃料棒が吸収する中性子を考
えると、それは下記エネルギー領域(A)乃至(B)ま
で減速された中性子の割合が大きくなる。
Considering the neutrons absorbed by the MOX fuel rod under this arrangement condition, the proportion of the neutrons that are decelerated to the following energy ranges (A) and (B) becomes large.

(A)上記共鳴吸収エネルギー領域よりも低いエネルギ
ー領域。
(A) An energy region lower than the resonance absorption energy region.

(B)239Puのη値が極小を採り、且つ235Uのη値より
も小さいエネルギー領域よりも更に低いエネルギー領
域。
(B) An energy region where the η value of 239 Pu takes a minimum and is even lower than the energy region smaller than the η value of 235 U.

従って、上記配置条件の下のMOX燃料棒は、239Pu及び
240Puの共鳴吸収を逃れることができ、しかも239Puのη
値が235Uのそれよりも大きいという利点を生かすことが
できる。
Therefore, MOX fuel rods under the above arrangement conditions are 239 Pu and
240 Pu resonance absorption can be escaped, and 239 Pu η
You can take advantage of the fact that the value is greater than that of 235 U.

一方、上記配置条件の下のUO2燃料棒の配置領域は、M
OX燃料棒を配置するには不適である。これは、この領域
の熱中性子束は低く、中性子エネルギーが高くなるか
ら、MOX燃料にとっては減速材が不足するためである。
そこで本発明においては、この領域にはUO2燃料棒を配
置することとする。
On the other hand, the arrangement area of the UO 2 fuel rod under the above arrangement conditions is M
Not suitable for placing OX fuel rods. This is because the thermal neutron flux in this region is low and the neutron energy is high, so the MOX fuel lacks moderator.
Therefore, in the present invention, UO 2 fuel rods are arranged in this area.

以上のように、熱中性子束の比較的高い領域にMOX燃
料棒を配置し、熱中性子束の比較的低い領域にUO2燃料
棒を配置することにより、中性子経済性を向上させるこ
とができる。
As described above, the neutron economy can be improved by arranging the MOX fuel rod in the region where the thermal neutron flux is relatively high and arranging the UO 2 fuel rod in the region where the thermal neutron flux is relatively low.

この場合、MOX燃料棒は集合体周辺部と、ウォータチ
ャンネルの周囲との双方に配置されているから、燃料集
合体一体当りのプルトニウム装荷量を多くできる。
In this case, the MOX fuel rods are arranged both on the periphery of the assembly and around the water channel, so that the plutonium loading per fuel assembly can be increased.

但し、集合体周辺部の制御棒1の制御板1aに面する部
位(第6図に示す第1行、第1列に相当)にMOX燃料棒
を配置すると、プルトニウムの熱中性子吸収断面積がウ
ランより大きいため、熱中性子束が小さくなる。従っ
て、この部位にUO2燃料棒を配置した場合に比して制御
棒価値が多少低下する。この対策を講じる構成として
は、制御板1aに面する部位に配置されたMOX燃料棒の一
部または全部をUO2燃料棒に置換えるものとする。これ
により、制御棒価値の低下を抑えることができる。
However, when MOX fuel rods are arranged at the portion of the control rod 1 around the assembly facing the control plate 1a (corresponding to the first row and first column shown in FIG. 6), the thermal neutron absorption cross section of plutonium becomes Because it is larger than uranium, the thermal neutron flux becomes smaller. Therefore, the value of the control rod is slightly reduced as compared with the case where the UO 2 fuel rod is arranged at this position. As a configuration for taking this measure, a part or all of the MOX fuel rods arranged at the portion facing the control plate 1a are replaced with UO 2 fuel rods. Thereby, a decrease in control rod value can be suppressed.

ところで、上記の説明ではプルトニウム富化燃料をMO
X燃料に代表させて説明したが、MOX燃料のUO2燃料に対
する特性は、上述した通りプルトニウムとウランの核的
性質の差異によるものである。従って、MOX燃料以外の
プルトニウム富化燃料についても上記と同様な特性を有
する。そこで、本発明における第1の燃料棒はMOX燃料
棒には限定されず、他の種類のプルトニウム富化燃料を
使用することも可能である。
By the way, in the above explanation, plutonium-enriched fuel is
Although described using the X fuel as a representative, the characteristics of the MOX fuel with respect to the UO 2 fuel are due to the difference in the nuclear properties of plutonium and uranium as described above. Therefore, plutonium-enriched fuels other than MOX fuel also have the same characteristics as above. Therefore, the first fuel rod in the present invention is not limited to the MOX fuel rod, and other types of plutonium-enriched fuel can be used.

[実施例] 実施例A 第1図には、本発明の一実施例に係る9×9型燃料集
合体の設計例が示されている。
Examples Example A FIG. 1 shows a design example of a 9 × 9 fuel assembly according to an example of the present invention.

図において、全体を符号90Aで示される9×9型燃料
の概略構成は上記第6図の9×9型燃料90と同様であ
る。
In the figure, the schematic configuration of the 9 × 9 fuel, generally indicated by reference numeral 90A, is the same as that of the 9 × 9 fuel 90 shown in FIG.

但し、集合体周辺部の領域に配置された32本、及びウ
ォータチャンネルWの周囲の領域に配置された16本の燃
料棒91は、全てMOX燃料棒としてある。一方、これら二
領域の間に配置された24本の燃料棒91は、UO2燃料棒と
してある。
However, the 32 fuel rods 91 arranged in the region around the assembly and the 16 fuel rods 91 arranged in the region around the water channel W are all MOX fuel rods. On the other hand, the 24 fuel rods 91 arranged between these two regions are UO 2 fuel rods.

この9×9型燃料90A一体当りの全燃料棒に占めるMOX
燃料棒の割合は、 {(32+16)/72}×100%=67% もの高い値となる。従って、従来のアイランド型燃料、
或いはアトール型燃料80に比してプルトニウムの装荷量
を大幅に増大できる。
MOX in all fuel rods per 90A of 9x9 type fuel
The ratio of fuel rods is as high as {(32 + 16) / 72} x 100% = 67%. Therefore, conventional island-type fuel,
Alternatively, the loading amount of plutonium can be greatly increased as compared with the atoll type fuel 80.

実施例B また、第2図には、本発明の他の実施例に係る9×9
型燃料集合体の設計例が示されている。
Embodiment B FIG. 2 shows a 9 × 9 structure according to another embodiment of the present invention.
An example of the design of a fuel assembly is shown.

図に示される9×9型燃料90Bは、集合体周辺部の制
御棒1の制御板1aに対面する行及び列に配置された燃料
棒91を、二本のコーナーロッドC1,C2を除いてUO2燃料棒
としたものである。
The 9 × 9 type fuel 90B shown in the figure has the fuel rods 91 arranged in rows and columns facing the control plate 1a of the control rods 1 at the periphery of the assembly, except for two corner rods C1 and C2. UO 2 fuel rod.

この第2図に示される如き構成を採ることにより、制
御棒価値の低下を抑制可能なことは作用の欄で述べた通
りであり、従来のディスクリート型燃料、あるいはアト
ール型燃料80における制御棒価値低下の不都合が解消さ
れる 比較のために、上記実施例A,Bの設計例における制御
棒価値を第3図に示す。
As described in the operation section, it is possible to suppress a decrease in control rod value by adopting the configuration as shown in FIG. FIG. 3 shows control rod values in the design examples of the above-described embodiments A and B for comparison.

図において、実線Aは実施例A(9×9型燃料90A)
の、点線Bは実施例B(9×9型燃料90B)の制御棒価
値である。これら実施例A,Bを比較すると、集合体一体
当りのプルトニウム装荷量の面では実施例Aの方が有利
であるが、制御棒価値の面では実施例Bが有利である。
In the figure, the solid line A indicates Example A (9 × 9 type fuel 90A).
The dotted line B is the control rod value of Example B (9 × 9 type fuel 90B). When these Examples A and B are compared, Example A is more advantageous in terms of the amount of plutonium loaded per aggregate, but Example B is more advantageous in terms of control rod value.

ところで、上記各実施例では、集合体中央部のMOX燃
料棒で取り囲まれる大口径中空管状要素として、一本の
3×3型ウォータチャンネルWを示したが、これに代え
て一本または複数本の大口径ウォータロッドを用いても
良い。
By the way, in each of the above embodiments, one 3 × 3 water channel W is shown as a large-diameter hollow tubular element surrounded by a MOX fuel rod at the center of the assembly, but one or more water channels W may be used instead. May be used.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係るBWR用燃料集合体に
よれば、熱中性子束の比較的高い燃料集合体周辺部及び
大口径中空管状要素の周囲にプルトニウム富化燃料棒を
配置することにより、中性子経済性を悪化させることな
く、プルトニウムを有効利用することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the BWR fuel assembly according to the present invention, the plutonium-enriched fuel rod is provided around the fuel assembly having a relatively high thermal neutron flux and around the large-diameter hollow tubular element. By arranging, plutonium can be effectively used without deteriorating neutron economy.

一方、制御棒に対面する行または列に配置されたプル
トニウム富化燃料棒をウラン燃料棒に置換える構成を採
ると、プルトニウム富化燃料棒の使用に伴なう制御棒価
値の低下を抑制できる。
On the other hand, by adopting a configuration in which the plutonium-enriched fuel rods arranged in rows or columns facing the control rods are replaced with uranium fuel rods, it is possible to suppress a reduction in control rod value accompanying the use of the plutonium-enriched fuel rods. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る9×9型燃料の横断面
図、第2図は同じく他の実施例に係る9×9型燃料の横
断面図、第3図は前記二実施例の制御棒価値を示す線
図、第4図は従来のアトール型燃料としての8×8型燃
料を炉心に装荷した状態で示す横断面図、第5図
(a),(b),(c)はウラン及びプルトニウムにお
ける中性子エネルギーに対する核分裂断面積,吸収断面
積,単位中性子吸収当りの中性子発生個数(η)の関係
を示す線図、第6図は本発明の適用すべき9×9型燃料
の構成を説明するための横断面図、第7図は前図の熱中
性子束分布を示す線図である。 [主要部の符号の説明] 1……十字形制御棒 1a……制御板 10……チャンネルボックス 90A,90B……9×9型燃料 91……燃料棒 P……MOX燃料棒(第1の燃料棒) U……UO2燃料棒(第2の燃料棒) W……3×3型ウォータチャンネル(大口径中空管状要
素) 尚、各図中、同一符号は同一または相当部を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a 9 × 9 fuel according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a 9 × 9 fuel according to another embodiment, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which an 8 × 8 type fuel as a conventional Atoll type fuel is loaded in a core, and FIGS. 5 (a), (b), ( c) is a diagram showing the relationship between the neutron energy of uranium and plutonium, the fission cross section, the absorption cross section, and the number of neutrons generated per unit neutron absorption (η). FIG. 6 shows the 9 × 9 type to which the present invention is applied. FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the structure of the fuel, and FIG. 7 is a diagram showing the thermal neutron flux distribution of the preceding figure. [Description of Signs of Main Part] 1 Cross-shaped control rod 1a Control plate 10 Channel box 90A, 90B 9 × 9 fuel 91 Fuel rod P MOX fuel rod (first U: UO 2 fuel rod (second fuel rod) W: 3 × 3 type water channel (large-diameter hollow tubular element) In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】減速材で満たされる中空管状要素と、未燃
焼状態の核燃料としてプルトニウム富化燃料が装填され
た複数の第1の燃料捧と、未燃焼状態の核燃料として二
酸化ウラン燃料が装填された複数の第2の燃料棒とを9
行9列の正方格子状に配列して、外周をチャンネルボッ
クスで囲んでなる燃料集合体において、 前記中空管状要素として、前記配列中央部の燃料棒複数
本分に相当する一本または複数本の大口径中空管状要素
を備え、 前記配列内の前記チャンネルボックスに隣接する周辺部
及び前記大口径中空管状要素に隣接する内周部には前記
第1の燃料棒を配置し、 他の部位には前記第2の燃料棒を配置したことを特徴と
する沸騰水型原子炉用燃料集合体。
1. A hollow tubular element filled with a moderator, a plurality of first fuel cells loaded with plutonium-enriched fuel as unburned nuclear fuel, and uranium dioxide fuel loaded as unburned nuclear fuel. 9 and the second fuel rods
In a fuel assembly arranged in a square lattice with rows and nine columns and having an outer periphery surrounded by a channel box, as the hollow tubular element, one or a plurality of fuel rods corresponding to a plurality of fuel rods at the center of the arrangement are provided. A large-diameter hollow tubular element, wherein the first fuel rod is disposed at a peripheral portion adjacent to the channel box in the array and at an inner peripheral portion adjacent to the large-diameter hollow tubular element; A fuel assembly for a boiling water reactor, wherein the second fuel rod is arranged.
【請求項2】請求項1に記載の沸騰水型原子炉用燃料集
合体において、前記周辺部に配置された第1の燃料棒の
うち、前記チャンネルボックス外部に挿入される十字形
制御捧の制御板に対面する行または列に配置された第1
の燃料棒の一部または全部を、前記第2の燃料棒に置換
えたことを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
2. A fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein, among the first fuel rods arranged at the peripheral portion, a cross-shaped control member inserted outside the channel box. A first arranged in a row or column facing the control plate
A fuel assembly for a boiling water reactor, wherein a part or the whole of the fuel rod of (1) is replaced by the second fuel rod.
【請求項3】前記第1の燃料棒に装填されたプルトニウ
ム富化燃料がウラン・プルトニウム混合酸化物燃料であ
ることを特徴とする請求項1または2の何れかに記載の
沸騰水型原子炉用燃料集合体。
3. The boiling water reactor according to claim 1, wherein the plutonium-enriched fuel loaded in the first fuel rod is a uranium-plutonium mixed oxide fuel. Fuel assembly.
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